42
X-ışınları 1895 yılında Alman fizik profesörü Wilhelm Konrad Roentgen taraAndan bulunmuş ve isimlendirilmiş$r. X-ışınları katot ışınlarının incelenmesi sırasında keşfedilmiş$r. Katot ışınları baryum pla$n siyanür kristalinin üzerine gönderildiğinde, kristalin fluoresan bir ışın yaydığı ve bu ışınların katot tüpünün camından geç$ği ve havada absorbe edilmediği gözlendi. Röntgen, yapısını tam olarak açıklayamadığı, içinden geç$ği ka! maddelerin ekran üzerinde gölgeler oluşturmasına neden olan bu ışınımlara, bilinmeyen anlamında “X” sembolünü kullanarak “X-ışınları” adını verdi. X-ışınlarının bu ilk keşfinden sonra, Laue taraAndan 1912 yılında, kristallerde kırınım olayı keşfedildi. İngiltere’de ise W. H. Bragg yap!ğı çalışmalar ve oğlu W. L. Bragg ile buldukları eşitlik (Şekil 1) ile kristalografinin temellerini atmış ve XRD spektroskopisine yol göstermiş$r. X-Işınlarının Bragg Eşitliği diye bilinen bu eşitlik, gelen X-ışınının kırılma açısı ve uzunluğunun, kristal yapısını oluşturan atom katmanları arasındaki uzaklığa bağlı olarak değişmesi man!ğıyla oluşmuştur. Bu kırılan ışınların dedektörde kaydedilmesi ile hedef kristalin katman sayısı ve düzeni anlaşılabilmektedir.
Şekil 1. Bragg Yasası: 2d sinθ=nλ
Yoğun bir X-ışını deme$, düzenli atom gruplarından oluşan kristal bir yapıya çarp!ğı zaman genel bir saçılım oluşur ve bu saçınım yapan ışın dalgaları birbirlerini etkiler ve girişim yaparak birbirlerini yok eder. Ancak belli açılarda bu dalgalar bir faz içinde biri diğeriyle birleşmek sure$yle dalga yoğunluğunu ar*rır. Bu oluşum X-ışınlarının kırınımı olarak bilinir. Kırınımın oluştuğu bu yönler kristalin birim hücresinin boyutuna ve şekline bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Kırınımın şidde$ ise kristalin bazı yapısal özellikleri taraAndan belirlenir. ODTÜ Merkez Laboratuvarı’nda bulunan Rigaku Ul$ma-IV X-ışını kırınım cihazında çok amaçlı üniteler mevcugur. Cihaz bakır hedefli X-ışını tüpüne ve tüpteki ani sıcaklık değişimlerini kontrol eden su soğutucusuna asahip$r. Cihazda, monokroma$ze X-ışını elde edilmesini sağlayan, yüksek çözünürlükte Grafit Monokromatör kullanılmaktadır. Cihazda ayrıca numunenin aydınlanma alanını numunenin miktarına/büyüklüğüne göre belirleyen
Şekil 2. Rigaku Ul�ma-IV Op�k Mekanizması; 1: X-ışını kaynak yüksekliği, 2: X-ışını kaynak açısı, 3: Çapraz ışın op�k sistemi, 4: Kristal op�ği, 5: Silit yüksekliği, 6: Örnek yüzeyi, 7: Dedektör açısı
Kimyasal Analiz Laboratuvarı (KAL)
Doku Kültürü Laboratuvarı (DKL) Mikroskopi Laboratuvarı (MKL) Spektroskopi Laboratuvarı (SPL) Kromatografi ve Fermentasyon Laboratuvarı (KFL)
X-Işınları Difraksiyon Laboratuvarı (XRDL)
TEMEL PRENSİPLER
Bragg Yasası: W. L. Bragg taraAndan geliş$rilen teori, X-ışınları kırınım teorileri içinde en yaygın olarak kullanılanıdır. Aralarında ‘d’ kadar mesafe bulunan kristal düzlemlerinden saçılan ‘λ’ dalga boylu X-ışınları, ‘θ’ açısını oluştururlar. Deneysel parametre olan 2θ değeri ise saçılan ve geldiği doğrultusunda devam eden X-ışınları deme$ arasındaki açıdır. Birbirine paralel bütün kristal düzlemler arasındaki mesafe ‘d’ kadardır.
43
La
Laboratuvar e-posta: [email protected]
Ul$ma-IV XRD cihazında bulunan çapraz ışın op$k mekanizması (CBO), yeni bir ayar ve düzenleme yapılmaksızın, odak ya da paralel ışın geometrisinde çalışabilme imkanı sağlar. Ru$n olarak kullanılan "Bragg-Brentano odak ışın geometrisi" yöntemi ile iyi kristallenmiş ve düzgün yüzeyli örneklerden oldukça güçlü kırınım bantları elde edilmesine karşın; yüzeyi pürüzlü, zayıf kristallenmiş örneklerin ve özellikle ince filmlerin faz tanımlamalarında "Paralel ışın geometrisi" kullanılmaktadır.
Ayrıca değişik kalınlıklardaki ince filmlerden, standart θ /2 θ (2θ =2-90° aralığında) tarama yöntemiyle genellikle zayıf bir sinyal alınmasına karşın, 2θ tarama yöntemi ve sabit bir grazing (süpürme) açısı (GIXD) ile, daha güçlü bir sinyal elde edilebilir. Bu teknikle, ince film ve polikristalin örneklerde oldukça hassas ölçümler yapılabilmektedir. Şekil 3’te grazing difraksiyon modunun klasik θ/2θ simetrik ölçümünün karşılaş!rmalı kırınım datası görülmektedir. Filmden gelen difraksiyon pikleri grazing difraksiyonunda açıkça görünmektedir.
Şekil 3. Grazing Açısı Kırınım Yöntemi (GIXD)
Analiz için gelen örneklerin X-ışını kırınım deseni elde edildikten sonra PDXL yazılımı kullanılarak yapılan kalita$f analizlerde, ICDD kartlarında bulunan yaklaşık 200.000 civarında madde ile karşılaş!rma yapılarak fazlar da belirlenebilmektedir.
Şekil 4. Zeolit örneğine ait kırınım deseni
UYGULAMALAR Rigaku Ul$ma-IV X-ışını Kırınım cihazı oldukça geniş bir uygulama alanına sahip$r. Bu uygulamalardan bazıları: Jeolojide minerallerin ve kayaçların tanımlanması,
Metal ve alaşım analizleri, Seramik ve çimento sanayii, İnce film kompozisyonu tayini, Polimerlerin analizi, İlaç endüstrisinde belli bir malzeme içindeki polimorfların ve safsızlıkların tespi$, Arkeolojide, tarihi yapıları oluşturan malzemelerin tayinidir.
